車のエンジンオイルの役割

普段何気なく乗っている自動車に必要不可欠なエンジンオイルについての役割について解説します。まぁこの辺は知らなくても乗っていて問題なさそうなので趣味の領域です。

まず簡潔に箇条書きします。

エンジンオイルの役割7つ

  1. 冷却作用・・・燃焼時の熱を持ち去って放熱し冷却する作用
  2. 潤滑作用・・・金属と金属の接触部を油膜によって滑らせ摩耗などを抑制する作用。
  3. 防錆作用・・・現在ではアルミが多く使われていますが鉄部分の錆を防止する作用。
  4. 密封作用・・・油膜を形成することによってピストンとシリンダ間の密封性を高める作用。
  5. 清浄作用・・・燃焼時に発生した異物をエンジンオイル中に分散させ固形化させない作用。
  6. 酸中和作用・・・燃焼時に発生した酸化物質のPHを中和する作用。
  7. 緩衝作用・・・油膜形成によりエンジンのメカニカルノイズを低減させる作用。

その他にも特にディーゼルエンジンなどでは燃料希釈耐性や泡立ち防止性能、せん断安定性など多くの性能が求められます。

ガソリンエンジンのエンジンオイルに要求される性能の中で近年最も重視されつつあるのが「低燃費・省燃費」性能です。

これは低温時、高温時とも粘土を低く保つことによりエンジンオイルにより抵抗を減らし「フリクションロス」を減らすことによって燃費性能を向上させる性能です。環境性能とも言います。

少し細かく解説。

エンジンオイルの冷却作用

熱い油=放熱というイメージがないかもしれませんが、実際はエンジンオイルが受け持つ役割の中でも非常に重要な性能に当たります。

事実燃焼によって熱を受けやすいエンジンのピストン部分の裏にオイルを噴射して冷却・潤滑の補助を行うようになっています。放熱が疎かになると出力不足やエンジンの焼き付きに繋がるので非常に重要です。

このためエンジンオイルは油路を通って熱を奪いながら潤滑も行いつつ各部を回って比較的温度が低いオイルパンなどの部分で熱を放熱しています。

エンジンオイルの潤滑作用

このイメージが一番強いと思われるのでイメージ通りでOKかと思います。金属部品と金属部品が直接接触して「かじり」を起こさないように滑らせています。この状態を流体潤滑と言い、自動車のエンジンでは特に流体潤滑性能が優れていることが求められています。

これによって金属部品の摩擦による消耗を抑えているので非常に重要な作用です。

余談ですが圧力が強くかかるシリンダヘッドの動弁機構(カム&バルブの駆動機構尾の事)やクランクシャフトの軸受け部分では高負荷時に境界潤滑域に達することがあります。境界潤滑域とは油膜が切れ、エンジンオイルに含まれる添加剤が分子膜として活躍するような場面の領域です。

100%化学合成油やエンジンオイルの添加剤が生かされる領域での潤滑作用です。

エンジンオイルの防錆作用

多くは語りませんが読んで字のごとくの性能です。エンジン本体を構成する部品はアルミ合金が多くなってきましたが、シリンダーに関しては鋳鉄のシリンダーライナーが入っていたり、動弁機構であるバルブには錆びる金属が使用されて至ります。

そういった錆びる金属部品を錆から保護するのもエンジンオイルの役目なのです。

エンジンオイルの密封作用

意外とイメージが湧かないんじゃないかと思っていますが、これも非常に重要な作用です。スカスカになってしまった注射器のシリンダーに油を塗ったらどうなるでしょうか?つるつる滑るだけじゃなくて抵抗が生まれるイメージできませんか?

要は油膜によって隙間を少なくする作用です。エンジンでは金属部品の設計だけで最適なクリアランス(隙間)にすることが熱膨張の関係でできません。熱膨張を考慮したうえで最適な隙間になるように設計されていますがそれでもゼロクリアランスにすることは出来ません。

僅かな隙間はどうしても残さなければいけませんが、それを潤滑油であるエンジンオイルが高速で動くピストンとシリンダーの隙間に入ることによって圧縮時や燃焼時に発生する「吹き抜け」を防止することによってエンジン出力のロスを減らしています。

実はこの性質を利用した故障診断方法もあるほど。

エンジンオイルの清浄作用

ディーゼルエンジンでは特に重視される性能。エンジンは様々な環境下、状況下で燃焼します。常に一定条件での燃焼ならさほど有害な物質を出さないような燃焼を継続させることが可能ですが、煤が発生したり水分が発生したりと中々過酷です。

これらがエンジン内部で固形化などしないようにエンジンオイル中に散らす作用を清浄分散作用などと言います。

エンジンオイルの酸中和作用

燃焼時に発生する硫黄酸化物や窒素酸化物はエンジンオイルを酸性化させ急速に劣化させてしまう要因となります。そのため酸中和作用という性能がエンジンオイルには設けられていますが、あまりイメージしにくい性能ですね。

未燃焼ガスであるブローバイガスは酸性物質を多く含むともいわれており、エンジン低温時にはブローバイガスが発生しやすい条件であるため、距離を乗らない使い方をしていてもエンジンオイルが劣化してしまう大きな要因としてブローバイガスのエンジンオイルへの多量の混入などが挙げられたりもします。

エンジンオイルの緩衝作用

エンジンメカニカル機構は金属と金属が摩擦したり噛み合ったりしている。その間に油膜となって潤滑したり「衝撃を吸収して」打音やうなり音、接触音などを緩和するのもエンジンオイルの役割です。これはイメージしやすいと思います。

一般的に粘度が高いほど油膜が厚く緩衝作用も高いとされています。よってエンジンメカニカルノイズが大きい車に粘度の高いエンジンオイル、またはオイル添加剤を入れることによって音を低減させる手法なども用いることがあります。

番外編~省燃費エンジンオイル

環境性能と省燃費エンジンオイルについて少し。

別ページに省燃費エンジンオイルに関しては詳しく書いてみたいと思っていますが、昨今のエンジンオイルは自動車メーカーの省燃費化競争によってほとんど例外なく超低粘度の省燃費エンジンオイルが推奨指定のオイルになっています。

高額なエンジンオイルが良いとは限らず、車にあっていない高粘度のエンジンオイルかもしれませんのでそのあたりは注意、考慮したうえでを選びましょう。

最近多いのは0W-20の粘度指数を持ったエンジンオイル。燃費競争激化後に超低粘度化した0w-16のエンジンオイルが指定オイルの車も出てきています。

例としてTOYOTAのHVカーであるアクアがモデルチェンジ後にホンダのフィットに対抗すべく更なる燃費性能を手に入れるために0w-16のエンジンオイルを指定しています。メカニカル部分のクリアランス変更もあったようですがコレによって更なる燃費改良したのだから驚きです。